容积法怎么计算地下石油储量?
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发布时间：2024-05-04 12:31
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时间：2024-11-20 04:19
1. 容积法基本公式
容积法计算石油储量的实质就是确定石油在油层中所占据的那部分体积。石油储集在油层的孔隙空间内，孔隙内除石油以外，还含有一定数量的水，因此，只要获得油层的几何体积 （即油层的含油面积和有效厚度之乘积）、有效孔隙度、含油饱和度等地质参数，便可计算出地下石油的地质储量。
油层埋藏在地下深处，处于高温、高压条件下的石油往往溶解了大量的天然气，当原油被采到地面上以后，由于压力降低，石油中溶解的天然气便会逸出，从而使石油的体积大大减小。
如果要将地下原油体积换算成地面原油体积，必须用地下原油体积除以石油体积系数（地下原油体积与地面标准条件下原油体积之比）。石油储量一般以质量来表示，故应将地面原油体积乘以石油的密度，由此便得到容积法计算石油储量的基本公式：
N=100A·h·φ(1-Swi）)ρo/Boi
式中：N——石油地质储量，104t；A——含油面积，km2；h——平均有效厚度，m；φ——平均有效孔隙度，小数；Swi——平均油层原始含水饱和度，小数；ρo——平均地面原油密度，t/m3；Boi——平均原始原油体积系数。
地层原油中的原始溶解气地质储量按下式计算：
GS=10-4N·Rsi
式中：Gs——溶解气的地质储量，108m3；Rsi——原始溶解气油比，m3/t。
容积法是计算油田地质储量的主要方法。该方法适用于不同勘探开发阶段，不同圈闭类型、储层类型及驱动方式的油藏。计算结果的可靠程度取决于资料的数量和准确性。对于大、中型构造油藏的精度较高，而对于复杂类型油藏则精度较低。
2. 储量参数的确定
（1） 含油面积
含油面积是指具有工业性油流地区的面积，是油藏产油段在平面上的投影范围。容积法计算石油储量公式中，含油面积的精度对石油储量的可靠性有决定性的影响。所以，准确地圈定含油面积是储量计算的关键。
含油面积的大小，取决于产油层的圈闭类型、储层物性变化及油水分布规律。对干均质油层、岩性物性稳定、构造简单的油藏来说，可根据油水边界确定含油面积。对于地质条件复杂的油藏，含油边界往往由多种边界构成，如油水边界、油气边界、岩性边界及断层边界等。对于这一类油藏在查明圈闭形态、断层位置、岩性边界以及确定油藏油水分布规律之后，才能正确圈定含油面积。
岩性边界是指有效储层与非有效储层的分界线，也称有效厚度零线。在确定岩性边界时，要先确定储层的砂岩尖灭线，然后根据规则确定岩性边界线。
从概率学角度讲，在一口无有效厚度 （物性差或岩性尖灭） 的井与相邻有有效厚度的井之间，有效厚度零线的位置可能出现在两井之间的任意点上，而且出现的机会均等。相对而言，零线放在两井间的中点位置，是概率误差最小的简化办法。同理，在一口有效厚度的井与相邻相变为泥岩的井之间，岩性尖灭线的位置也应在井距1/2处。考虑到砂岩物性标准比储层有效厚度物性标准低，砂体末端虽不以楔形递减规律尖灭，但仍存在变差的趋势，所以可将零线定在尖灭线至有有效厚度的井之间1/3距离处。用这种方法因定的岩性边界，计算平均有效厚度时，宜采用井点面积权衡法或算术平均法，而不宜用等厚线面积权衡法。
断层边界是断层控油范围，是断层面与油层顶、底面的交线。当油层位于断层下盘时，断层边界为油层底面与断层面的交线；当油层位于断层上盘时，断层边界为油层顶面与断层面的交线。
油水边界为油层顶 （底） 面与油水接触面的交线。油水接触面指油藏在垂直方向油与水的分界面。对于边水油藏，油水接触面与油层顶面的交线为外含油边界，它是含油面积的外界；油水接触面与油层底面的交线为内含油边界，它控制了含油部分的纯含油区；内、外含油边界之间的含油部分也称为过渡带，油水过渡带的宽窄主要取决于地层倾角，地层倾角大的油藏，过渡带窄，地层倾角小的油藏，过渡带宽。对于底水油藏，由于底水存在，只有外含油边界。如果油层的厚度变化很小，则内外油水边界和构造线平行。如果油层厚度在平面上有明显变化，这时内外含油边界不平行，在相变情况下，它们在油层尖灭位置上相合并 （图7-1）。
图7-1 油水边界特征图
油水接触面确定方法有以下3种：
1） 利用岩心、测井以及试油等资料来确定油水接触面。在实际工作中，对一个油藏来说，首先要以试油资料为依据，结合岩心资料的分析研究，制定判断油水层的测井标准，然后划分各井的油层、水层及油水同层。在此基础上按油、水系统，根据海拔高度作油底、水顶分布图。如图7-2所示，按剖面将井依次排列起来，在图上点出各井油底、水顶位置，并分析不同资料的可靠程度。在研究油藏油水分布规律的基础上，在油底与水顶之间划分油水接触面。
图7-2 确定油水界面图 （据韩定荣，1983）
2） 应用毛管压力曲线确定油水接触面。应用油层岩心的毛管压力曲线，再结合油水相对渗透率曲线，人们能够较准确地划分出油水接触面。如图7-3所示，实验室测定的毛管压力曲线 （汞-空气系统） 可换算为油藏条件下的毛管压力曲线 （油-水系统），而且纵坐标上的毛管压力可转换成自由水面以上的高度表示。如果一个油田，通过岩心分析、测井解释或其他间接方法取得含油饱和度数值时，就可直接做出含油饱和度随深度的变化图，即油藏毛管压力曲线。若已知油层某部位的含油饱和度，就可在曲线上查得某部位距油水接触面的相对高度，进而可求出油水接触面深度。
图7-3 利用毛细管压力曲线与相对渗透率曲线划分油水接触面示意图
3） 利用压力资料确定油水接触面。在一个圈闭上，只要有一口井获得工业性油流，而另一口井打在油层的边水部分，且这两口井通过测试获得了可靠的压力和流体密度的资料，就可以利用这两口井的压力资料、油和水密度资料计算油水接触面。图7-4示，1号井钻在油藏的顶部，测得的油层地层压力为po，2号井钻在油藏的边水部分，测得的水层地层压力为pw。在油藏内，2号井的地层压力pw为：
油气田开发地质学
式中：Ho——1号井油层中深海拔高度，m；Hw——2号井水层中深海拔高度，m；How——油水接触面海拔高度，m；ΔH——1号井与2号井油、水层中深的海拔高度差，m；ρo——油的密度，g/cm3；ρw——水的密度，g/cm3。
图7-4 利用测压资料确定油水接触面示意图
当构造圈闭上只有一口油井，而边部无水井时，可以利用区域的压力资料和水的密度资料代替钻遇水层的井的测压资料来计算油水接触面深度。
确定了岩性边界、断层边界、油水边界 （油气边界），也就圈定的含油范围，这样可以计算含油面积。
（2） 油层有效厚度
油层有效厚度是指油层中具有产油能力部分的厚度，即工业油井内具有可动油的储层厚度。划分有效厚度的井不能理解为任意打开一个单层产量都能达到工业油流标准，而是要求该层产量在全井达到工业油井标准中有可动油流出即可。因此，作为油层有效厚度必须具备两个条件：一是油层内具有可动油；二是在现有工艺技术条件下可供开采。所以，在工业油流井中无贡献的储层厚度不是有效厚度，不是工业油流井不能圈在含油面积内，不划分有效厚度。
研究有效厚度的基础资料有岩心录井、地层测试和试油资料、地球物理测井资料。我国总结了一套地质和地球物理的综合研究方法：以单层试油资料为依据，对岩心资料进行充分试验和研究，制定出有效厚度的岩性、物性、含油性下限标准，并以测井解释为手段，应用测井定性、定量解释方法，制定出油气层划分标准，包括油、水层标准，油、干层标准及夹层扣除标准，用测井曲线及其解释参数确定油、气层有效厚度。
1） 有效厚度物性标准
当油层的有效孔隙度、渗透率及含油饱和度达到一定界限时，油层便具有工业产油能力，这样的界限被称之为有效厚度的物性标准。由于一般岩心资料难以求准油层原始含油饱和度，通常用孔隙度和渗透率参数反映物性下限。
确定有效厚度物性下限的方法有测试法、经验统计法、含油产状法及钻井液浸入法等。
◎测试法：测试法是根据试油成果来确定有效厚度物性下限的方法。对于原油性质变化不大，单层试油资料较多的大油田，可直接做每米采油指数和空气渗透率的关系曲线。每米采油指数大于零时，所对应的空气渗透率值，即为油层有效厚度的渗透率下限 （图7-5）。
图7-5 单位厚度采油指数与渗透率关系曲线
利用单层试油资料与岩心测定的孔隙度、渗透率资料交绘图来确定有效厚度的物性下限。如图7-6所示，图中指出产油层渗透率下限为18×10-3μm2，孔隙度下限为17％。
图7-6 试油与物性关系图
◎经验统计法：根据美国通常使用经验统计法，对于中低渗透性油田，将全油田的平均渗透率乘以5％，就可作为该油田的渗透率下限；对于高渗透性油田，或者远离油水接触面的含油层段渗透率平均值乘以比5％更小的数字作为渗透率下限。他们认为，渗透率下限值以下的砂层的产油能力很小，可以忽略。
◎含油产状法：在取心井中，选择一定数量的岩心收获率高，岩性、含油性较均匀，孔隙度、渗透率具有代表性的油层进行单层试油，确定产工业油流的油层的含油产状下限，进而确定储层物性下限。如图7-7所示，本例试油证实油浸和油斑级的油层不产工业油流，因此饱含油和富含油级的油层是有效油层，它们的物性下限为有效厚度的物性下限。
图7-7 油层物性界限岩样分布图
◎钻井液侵入法：在储层渗透率与原始含油饱和度有一致关系的油田，利用水基钻井液取心测定的含水饱和度可以确定有效厚度物性下限。水基钻井液取心中，钻井液对储层产生不同程度的侵入现象。渗透率较高的储层，钻井液驱替出原油，使取出岩样测定的含水饱和度增高；渗透率较低的储层，钻井液驱替出原油较少；当渗透率降低到一定程度的储层，钻井液不能侵入，取出岩样测定的含水饱和度仍然是原始含水饱和度。因此，含水饱和度与空气渗透率关系曲线上出现两条直线，其交点的渗透率就是钻井液侵入与不侵入的界限 （图7-8）。钻井液侵入的储层，反映原油可以从其中流出，因此为有效厚度。钻井液未侵入的储层，反映原油不能从其中流出，因此为非有效厚度。交点处的渗透率就是有效厚度下限。用相同方法也可以定出孔隙度下限。
图7-8 钻井液侵入法确定渗透率下限图
2） 有效厚度的测井标准
有效厚度物性标准只能划分取心井段的有效厚度。对于一个油田，取心井是有限的，大量探井和开发井只有测井资料，要划分非取心井的有效厚度，必须研究反映储层岩性、物性及含油性的有效厚度测井标准。
油层的地球物理性质是油层的岩性、物性与含油性的综合反映。因此，它也能间接地反映油层的 “储油能力” 和 “产油能力”。显然，当油层的地球物理参数达到一定界限时，油层便具有工业产油能力，这界限就是有效厚度的测井标准。
在测井曲线上划分有效厚度的步骤是：首先根据油水层标准判断哪些是油 （气） 层，哪些是水层；然后在油水界面以上，根据油层、干层标准区分哪些是工业油流中有贡献的有效层，哪些是无贡献的非有效层 （即干层）；最后在有效层内扣除物性标准以下的夹层。所以有效厚度测井标准包括油、水层解释标准，油、干层标准及夹层标准。对油、气、水分布复杂，剖面上油气水交替出现的断块油藏、岩性油藏，确定有效厚度的关键是制定可靠的油水层解释标准 （图7-9）；对于具有统一油水系统、砂泥岩交互出现的油藏，关键是制定高精度的油、干层标准 （图7-9）。
图7-9 某油田油、水、干层测井解释标准
3） 油层有效厚度的划分
油层有效厚度划分时，先根据物性与测井标准确定出有效层，然后划分出产油层的顶、底界限，量取总厚度，并从总厚度中扣除夹层的厚度，从而得到油层有效厚度。
利用测井资料划分油层顶、底界限，量取油层总厚度时，应当综合考虑能清晰地反映油层界面的多种测井曲线，如果各种曲线解释结果不一致时，则以反映油层特征最佳的测井曲线为准。例如，我国东北部某大油田，采用微电极、自然电位、视电阻率3条曲线来量取产层总厚度 （图7-10）。
对于具有高、低阻夹层和薄互层的油层来讲，除量取油层总厚度外，还必须扣除夹层的厚度。由于低阻夹层多为泥质层，故量取低阻夹层厚度应以自然电位曲线作为判别标志，以微电极和视电阻率曲线作验证，最后，以微电极曲线所量取的厚度为准。量取高阻夹层的厚度应以微电极曲线显示的尖刀状高峰异常为判别标志 （图7-11）。用油层总厚度减去夹层厚度便得油层有效厚度。
（3） 油层有效孔隙度
油层有效孔隙度的确定以实验室直接测定的岩心分析数据为基础。对于未取岩心的井采用测井资料求取有效孔隙度，并与岩心分析数据对比，以提高其精度。计算的地质储量是指油藏内的原始储油量，应使用地层条件下孔隙度参数。采用地面岩心分析资料时，应将地面孔隙度校正为地层条件下孔隙度。有效孔隙度的获得有两种途径：一是岩心分析有效孔隙度；二是测井解释有效孔隙度。
图7-10 油层有效厚度量取方法示意图
图7-11 扣除夹层示意图
通过钻井取心，将砂岩储层取到地面后，由于压力释放、弹性膨胀，孔隙度有所恢复，所以一般在地面常压下测量的岩心孔隙度大于地层条件下的孔隙度。计算储量时应将地面孔隙度校正为地层条件的孔隙度。
实验室提供了不同有效上覆压力下的三轴孔隙度，利用这些数据就能够对地面孔隙度进行压缩校正。根据美国岩心公司研究，三轴孔隙度转换为地层孔隙度的公式为：
φf=φg-(φg-φ3)ε
式中：φf——校正后的地层孔隙度，小数；φg——地面岩心分析孔隙度，小数；φ3——静水压力作用下的三轴孔隙度，小数；ε——转换因子。
D. Teeuw通过对人造岩心模型的理论计算和实际岩心测试，得出转换因子为：
油气田开发地质学
式中：λ——岩石泊松比，即岩石横向应变和轴向应变的绝对值的比值，是无因次量。
确定岩样所在油藏有效上覆压力下的三轴孔隙度和地面孔隙度后，即可算出每块岩样的地层孔隙度。为寻求本地区地面孔隙度压缩校正规律，可制定本地区关系图版或建立相关经验公式。油区可利用这种图版或相关经验公式，将大量常规岩心分析的地面孔隙度校正为地层孔隙度。
（4） 油层原始含油饱和度
原始含油饱和度是指油层在未开采时的含油饱和度Soi，一般先确定油层束缚水饱和度Swi，然后通过1-Swi求得原始含油饱和度。
确定含油饱和度的方法有岩心直接测定、测井资料解释、毛细管压力计算等方法。
1） 岩心直接测定
使用油基钻井液取心，测定束缚水饱和度，然后计算出原始含油饱和度。
油基钻井液取心井成本高，钻井工艺复杂，工人劳动条件差。我国一般用密闭取心代替油基钻井液取心。密闭取心采用的是水基钻井液，利用双筒取心加密闭液的办法，以避免岩心在取心过程中受到水基钻井液的冲刷。
近几年来，美国高压密闭冷冻取心工艺获得成功。这种取心方法是在取心筒内割心至岩心起出井口前，岩心筒始终保持高压密封的条件。岩心到井口后立即放在干冰中冷冻，使油、气、水量保持原始状态。此方法价格高昂，取心收获率仅在60％左右。
前苏联采用井底蜡封岩心的取心方法取得较好的效果。具体做法是在地面用石蜡充满取心筒，在取心过程中，岩心进入熔化的石蜡中，阻止钻井液与岩心接触。多数情况下，地面可取得蜡封好的岩心。
2） 测井解释原始含油饱和度
由于油基钻井液取心和密闭取心求原始含油饱和度成本高，一般一个油区只有代表性几口井，即使有的油田有1～2口油基钻井液取心井，它的饱和度数据也不能代表整个油田，因此经常用测井资料解释原始含油饱和度。往往测井解释原始含油饱和度偏低，有时偏低达5％～10％。为了弥补测井解释这一弱点，在有油基钻井液取心井或密闭取心井的地区，都要寻求测井参数和岩心直接测定的原始含油饱和度的关系，以提高测井解释精度。
3） 利用实验室毛细管压力资料计算原始含油饱和度
实验室的毛细管压力曲线是用井壁取心、钻井取心的岩样测定的，而每一块岩样只能代表油藏某一点的特征，只有将油藏上许多毛细管压力曲线平均为一条毛细管压力曲线才能代表油藏的特征，才有利于确定油藏的原始含油饱和度。J函数处理是获得平均毛细管压力资料的经典方法。用平均毛细管压力曲线确定油藏原始含油饱和度步骤如下：
(1)将室内平均毛细管压力曲线换算为油藏毛细管压力曲线
实验室毛细管压力表达式：
油气田开发地质学
油藏毛细管压力表达式：
油气田开发地质学
式中：σL，θL及 （pc）L——分别为实验室内的界面张力、润湿角及毛细管压力；σR，θR及 （pc）R——分别为油藏条件下的界面张力、润湿角及毛细管压力。
上两式相除，得：
油气田开发地质学
(2)将油藏条件下的毛细管压力换算为油柱高度
油气田开发地质学
式中：H——油藏自由水面以上高度，m；（pc）R——油藏毛细管压力，MPa；ρw和ρo——分别为油藏条件下油与水的密度，g/cm3。
图7-12A为室内毛细管压力曲线转换为自由水面以上高度表示的含水饱和度关系图。
(3)确定油层原始含油饱和度
图7-12A可转换为油水饱和度沿油藏埋藏深度分布图 （图7-12B）。根据该图可查出油层任意深度所对应的原始含水饱和度，则可求出原始含油饱和度。
图7-12 毛管压力曲线纵坐标的变换 （据范尚炯，1990）
（5） 地层原油体积系数
地层原油体积系数是将地下原油体积换算到地面标准条件下的脱气原油体积的重要参数。凡产油的预探井和部分评价井，应在试油阶段经井下取样或地面配样获得准确的地层流体高压物性分析数据。
（6） 地面原油密度
地面原油密度应根据一定数量有代表性的地面样品分析结果确定。
